第4章液壓執(zhí)行元件

第一節(jié)

液壓馬達第二節(jié)

液壓缸第四章液壓執(zhí)行元件將壓力能機械能

輸出旋轉(zhuǎn)運動（液壓馬達）輸出直線往復運動及擺動（液壓缸）研究意義：第四章液壓執(zhí)行元件研究內(nèi)容：1、液壓馬達的工作原理、特點及基本參數(shù)；2、液壓缸的類型和特點；3、液壓缸典型結構及有關設計計算。

是執(zhí)行元件，它能將液體的壓力能轉(zhuǎn)化為機械能，輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速。液壓馬達與液壓泵的原理是可逆的，結構基本相同。第一節(jié)

液壓馬達

從原理上講，液壓泵可作液壓馬達，液壓馬達也可作液壓泵，但由于兩者的使用目的和工作條件不同，故實際結構有所區(qū)別。

液壓馬達視頻第一節(jié)

液壓馬達一、液壓馬達的分類齒輪式葉片式柱塞式按其結構形式分為：按其排量是否可調(diào)分為：變量式定量式調(diào)節(jié)變量馬達的排量，可以實現(xiàn)執(zhí)行元件液壓馬達的轉(zhuǎn)動速度控制。第一節(jié)

液壓馬達一、液壓馬達的分類高速液壓馬達（n>500r/min)低速液壓馬達（n<500r/min)按額定轉(zhuǎn)速可分為：高速液壓馬達特點是轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)動慣量小，便于啟動和制動，調(diào)節(jié)（調(diào)速和換向）靈敏度高，通常輸出轉(zhuǎn)矩不大（幾十到幾百Nm），因此又稱為高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達。低速液壓馬達的特點是排量大，體積大，轉(zhuǎn)速低（最低可達零點幾轉(zhuǎn)每分鐘），可直接與工作機構相連接，不需減速裝置，通常輸出轉(zhuǎn)矩較大（幾千到幾萬Nm），因此又稱為低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達。職能符號1.葉片式液壓馬達二、液壓馬達的工作原理1.葉片式液壓馬達葉片液壓馬達與葉片泵的區(qū)別：1）為適應馬達正反轉(zhuǎn)要求，馬達葉片均徑向安裝（無傾角）。2）防止馬達啟動時（離心力尚未建立）高低壓腔串通，葉片槽底裝有彈簧，以便使葉片始終伸出貼緊定子。二、液壓馬達的工作原理3）為保證葉片槽底始終與高壓相通，在吸、壓油腔通入葉片根部的油路中設有單向閥。1.葉片式液壓馬達

單作用葉片馬達可以制作成變量馬達，而雙作用馬達只能為定量馬達。二、液壓馬達的工作原理應用：

用于轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩小和動作要求靈敏的場合。

2、齒輪馬達齒輪馬達動畫3、軸向柱塞式液壓馬達軸向柱塞泵液壓馬達動畫3、軸向柱塞式液壓馬達當壓力油通入馬達后，柱塞受油壓作用壓緊傾斜盤,斜盤則對柱塞產(chǎn)生一反作用力，因傾角此力可分解為兩個力：Fx與液壓力平衡，F(xiàn)y對缸體中心產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使缸體帶動馬達軸旋轉(zhuǎn)。軸向分力徑向分力3、軸向柱塞式液壓馬達柱塞產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為：

R為柱塞在缸體中的分布圓半徑。柱塞瞬時方位角是變量，轉(zhuǎn)矩也發(fā)生變化，液壓馬達總轉(zhuǎn)矩是脈動的。柱塞數(shù)越多，且柱塞數(shù)為單數(shù)時脈動越小。1）工作原理

FF=p·d2（徑向分力）

FT=FF·tanφ（軸向分力）

柱塞上的轉(zhuǎn)矩：

Ti=FT·Ri

總轉(zhuǎn)矩：

T總=∑Ti2）應用一般應用于低速大轉(zhuǎn)矩的場合。4、徑向柱塞式液壓馬達工作壓力Pm：工作壓力是指馬達工作時輸入油液的實際壓力。其數(shù)值決定于負載的大小。計算時應是馬達進口與出口壓力差。額定壓力Pmn：額定壓力指馬達在連續(xù)運轉(zhuǎn)情況下，所允許使用的工作壓力，并能保證馬達的容積效率和使用壽命。最大壓力Pmmax：馬達在短時間內(nèi)允許超載使用的極限壓力。1.壓力P：馬達的輸出壓力也由負載決定。

二、液壓馬達的主要性能參數(shù)Pm≤Pmn≤Pmmax2.排量V和流量排量Vm：在沒有泄漏情況下，馬達每轉(zhuǎn)一周所排出液體的體積。額定流量qmn

：在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下所輸入的實際流量（公稱流量、銘牌流量）

。

瞬時流量：馬達在某一瞬時的幾何流量。理論流量qmt：在不考慮泄漏的情況下，單位時間內(nèi)輸入液體的體積。即：qmt=Vn。單位：m3/s或L/min。實際流量qm：考慮泄漏情況，單位時間內(nèi)輸入的液體體積。實際流量大于理論流量。即：q

m=qmt

+Δq（泄漏量）=Vn+Δq

二、液壓馬達的主要性能參數(shù)二、液壓馬達的主要性能參數(shù)3、輸出轉(zhuǎn)矩

當不計損失時，輸入功率全部轉(zhuǎn)為輸出功率

Δp·q=Tt·ω（q=V·nω=2πn)

1）理論轉(zhuǎn)矩2）實際轉(zhuǎn)矩二、液壓馬達的主要性能參數(shù)4、轉(zhuǎn)速及低速穩(wěn)定性

1）容積效率

液壓馬達理論輸出轉(zhuǎn)速

液壓馬達實際輸出轉(zhuǎn)速馬達總效率例一：馬達的排量V=250mL/r，入口壓力p1=10MPa，出口壓力p2=0.5MPa，總效率η=0.9，容積效率ηv=0.92，當輸入流量為22L/min時，試求：⑴馬達的實際轉(zhuǎn)速；⑵馬達的輸出轉(zhuǎn)矩?！窘狻?1)n=qηV/V=22×103×0.92/250=80.96r/min(2)ηm=η/ηV=0.9/0.92=0.98TM=ΔpVηm/2π

=(10－0.5)×106×250×10-6×0.98/2π

=370.43Nm例二：如圖，已知液壓泵的輸出壓力pp=10MPa，泵的排量VP＝10mL／r，泵的轉(zhuǎn)速nP＝1450r／min，容積效率ηPV=0.9，機械效率ηPm=0.9；液壓馬達的排量VM＝10mL／r,容積效率ηMV=0.92,機械效率ηMm＝0.9,泵出口和馬達進油管路間的壓力損失為0.5MPa，其它損失不計，試求：（1）泵的輸出功率；（2）驅(qū)動泵的電機功率；（3）馬達的輸出轉(zhuǎn)矩；（4）馬達的輸出轉(zhuǎn)速；【解】1）Ppo=ppqp=ppVpnpηPV

=10×10×10?3×1450×0.9/60=2.18KW2）PPi=PPo/ηp=2.18/(0.9×0.9)=2.69KW3)Pm=Pp?Δp=10?0.5=9.5MPaTM=pMVMηMm/2π

=9.5×10×0.9/2π=13.6Nm4)nM=qpηMV/VM=10×1450×0.9×0.92/10=1200.6r/min功用：

利用油液的壓力能驅(qū)動機械對象實現(xiàn)直線往復運動或擺動的執(zhí)行元件。輸入量是液體的壓力和流量（壓力能），輸出量是驅(qū)動力和速度（機械能）。液壓缸視頻第二節(jié)液壓缸分類：按結構特點:活塞式、柱塞式、擺動缸按作用方式：

單作用式：只控制缸一腔單向運動，單方向，回程靠外力。雙作用式：液體控制缸兩腔實現(xiàn)雙向運動，正反兩方向運動。組合式：伸縮缸、增壓缸、齒條活塞缸。第二節(jié)液壓缸分類柱塞式液壓缸單活塞桿式液壓缸雙活塞桿式液壓缸伸縮式液壓缸單作用液壓缸一）柱塞缸單活塞桿式液壓缸雙活塞桿式液壓缸伸縮式液壓缸雙作用液壓缸增壓缸彈簧復位式液壓缸串聯(lián)式液壓缸齒條活塞缸組合液壓缸1）推力、速度計算：1、雙桿活塞液壓缸缸筒固定式動畫活塞固定式動畫3）兩腔面積相等；4）壓力相同時，推力相等，

流量相同時，速度相等。

即具有等推力等速度特性。1、雙桿活塞液壓缸2）行程范圍缸筒固定3L占地大桿固定2L2、單桿活塞液壓缸1）輸出推力DdA1A2缸無桿腔進油缸有桿腔進油DdA1A2無桿腔進油：有桿腔進油：2、單桿活塞液壓缸2）運動速度DdA1A2缸無桿腔進油缸有桿腔進油DdA1A2無桿腔進油：有桿腔進油：2、單桿活塞液壓缸1）輸出推力DdA1A2缸無桿腔進油缸有桿腔進油DdA1A2活塞兩個方向的作用力不相等。F1>F2，工作臺作慢速運動時，活塞獲得的推力大；工作臺作快速運動時，活塞獲得的推力小。2、單桿活塞液壓缸2）運動速度DdA1A2缸無桿腔進油缸有桿腔進油DdA1A2∵A1>A2

∴v1<v2

IfA1=2A2，則V2=2V1

單活塞液壓缸工作時，工作臺往復運動速度不相等這一特點常被用于實現(xiàn)機床的工作進給及快速退回。工作臺往復運動速度不相等小結：

1）兩腔面積不等，A1>A2；

2)

壓力相同時，推力不等，流量相同時，速度不等，即不具有等推力等速度特性；

3）無論何種固定方式，工作臺活動范圍均為活塞有效行程的兩倍。2、單桿活塞液壓缸定義：單桿活塞液壓缸兩腔同時通入流體時，利用兩端面積差進行工作的連接形式。其特點是：在不增加流量的前提下，實現(xiàn)快速運動。2、單桿活塞液壓缸-差動連接DdA1A2由推力F3=P1A1—P1A2，得2、單桿活塞液壓缸-差動連接DdA1A2由2、單桿活塞液壓缸-差動連接DdA1A2差動連接時活塞運動速度較快，產(chǎn)生的推力較小。所以差動連結常用于空載快進場合。工作臺的運動范圍約等于缸有效行程的兩倍。2、單桿活塞液壓缸2）運動速度缸有桿腔進油DdA1A2有桿腔進油：無桿腔進油差動連接應用：當

時，V3>V2>V1,F1>F2>F3。單活塞桿式液壓缸實現(xiàn)下列工作循環(huán)：

快進（差動連接）工進（無桿腔進油）

快退（有桿腔進油）。在金屬切削機床等液壓系統(tǒng)中應用廣泛。2、單桿活塞液壓缸-差動連接DdA1A2單桿活塞液壓缸不同連接，可實現(xiàn)如下工作循環(huán)。差動連接快進有桿腔進油快退無桿腔進油工進單桿活塞液壓缸應用動畫結構:缸筒、柱塞、導向套等。

二）柱塞缸

柱塞式液壓缸是單作用液壓缸?；爻谭绞剑?要靠自重力（垂直放置時）或其它外力（如彈簧力）來完成。2為了獲得雙向運動，柱塞式液壓缸常成對使用。二）柱塞缸成對柱塞缸動畫二）柱塞缸柱塞式液壓缸特點：

∵柱塞工作時總是受壓，一般較粗；∴水平放置易下垂，產(chǎn)生單邊磨損，故常垂直放置，有時可做成空心；又∵缸體內(nèi)壁與柱塞不接觸，∴可不加工或只粗加工，甚至不加工，工藝性好。應用：特別適合長行程機床，如:導軌磨床、

龍門刨床、大型拉床。二）柱塞缸擺動缸：擺動式液壓缸也稱擺動馬達。擺動缸動畫三）擺動液壓缸分類:單葉片式、雙葉片。雙葉片式的擺動角度、角速度為單葉片式的一半，而輸出扭矩是單葉片式的兩倍。三）擺動液壓缸1、增壓缸（增壓器）

作用：將輸入的低壓液體轉(zhuǎn)換為高壓或超高壓液體輸出，供液壓系統(tǒng)中的高壓支路使用。四）其他液壓缸K=D2/d2,稱為增壓比，代表其增壓程度。1、增壓缸（增壓器）

特點：在不pp↑的前提下，靠A↓來p↑單作用斷續(xù)增壓、雙作用連續(xù)增壓。1、增壓缸（增壓器）

2、多級缸（伸縮缸）伸縮式液壓缸由兩個或多個活塞缸或柱塞缸套裝而成，前一級活塞缸的活塞是后一級活塞缸的缸筒，可獲得很長的工作行程。伸縮缸廣泛的用于起重運輸車輛上。有單作用和雙作用之分。2、多級缸（伸縮缸）2、多級缸（伸縮缸）原理：活塞伸出時，從大到小，速度逐漸增大，推力逐漸減小?；钊s回時，從小到大。雙作用伸縮缸動畫單作用伸縮缸動畫2、多級缸（伸縮缸）3、齒條活塞缸（無桿液壓缸）結構：缸體、活塞、齒條、齒輪、端蓋等。原理：

左腔進油，右腔回油時，齒條右移，齒輪帶動工作臺逆轉(zhuǎn)。右腔進油，左腔回油時，齒條左移，齒輪帶動工作臺順轉(zhuǎn)。將活塞直線運動經(jīng)齒輪機構轉(zhuǎn)換為齒輪軸往復回轉(zhuǎn)運動。3、齒條活塞缸（無桿液壓缸）齒條活塞缸動畫應用：需要回轉(zhuǎn)運動的場合，如：自動線、磨床。名稱圖型符號特點單作用液壓缸活塞缸活塞只單向受力而運動，反向運動依靠活塞自重或其它外力柱塞缸柱塞只單向受力而運動，反向運動依靠柱塞自重或其它外力伸縮式套筒缸有多個互相連動的活塞，可依次伸縮，行程較大，由外力使活塞返回

雙作用液壓缸單活塞桿普通缸活塞雙向受液壓力而運動，在行程終了時不減速，雙向受力及速度不同不可調(diào)緩沖缸活塞在行程終了時減速制動，減速值不變可調(diào)緩沖缸活塞在行程終了時減速制動，并且減速值可調(diào)差動缸活塞兩端面積差較大，使活塞往復運動的推力和速度相差較大雙活塞桿等行程等速缸活塞左右移動速度，行程及推力均相等名稱圖型符號特點雙作用液壓缸伸縮式套筒缸有多個互相聯(lián)動的活塞，可依次伸出獲得較大行程組合缸彈簧復位缸單向液壓驅(qū)動，由彈簧力復位增壓缸由A腔進油驅(qū)動，使B輸出高壓油源串聯(lián)缸用于缸的直徑受限制，長度不受限制處，能獲得較大推力齒條傳動缸活塞的往復運動轉(zhuǎn)換成齒輪的往復回轉(zhuǎn)運動液壓缸的基本組成為：缸體組件、活塞組件、密封件、連接件、緩沖裝置、排氣裝置等。二、液壓缸的典型結構一、缸體組件1.缸筒與缸蓋：1）缸筒：2）缸蓋：

通常由鋼材制成，有前端蓋和后端蓋，安裝在缸筒的前后兩端；蓋板和缸筒的連接方法有焊接、拉桿、法蘭、螺紋連接等。主要是由鋼材制成，缸筒內(nèi)要經(jīng)過精細加工，表面粗糙度Ra<0.1~0.4μm，以減少密封件的摩擦。(a)法蘭連接式(b)半環(huán)式(c)螺紋式(d)拉桿式(e)焊接式1缸蓋2缸筒3壓板4半環(huán)5防松螺帽6拉桿缸體與缸蓋的連接形式拉桿式連接法蘭連接：缸體與缸蓋的連接形式適于外形尺寸小，重量輕的場合結構簡單、緊湊、裝卸方便，但因缸體上開了環(huán)行槽，強度削弱通用性好，缸體加工方便，裝拆方便，但端蓋體積大，重量也大，拉桿受力后會拉伸變形，影響端部密封效果，只適于中低壓.強度高制造簡單，焊接易引起缸體變形，主要用于柱塞。需焊接法蘭盤，較復雜。半環(huán)連接：螺紋連接：焊接連接：拉桿連接：內(nèi)半環(huán)外半環(huán)

外螺紋重量輕，外徑小，但端部結構復雜裝卸不便，需專用工具內(nèi)螺紋二、活塞組件2.活塞桿：2.材料：1.組成：活塞、活塞桿、連接桿等組成。1.活塞：3.密封：具有一定的強度和良好的耐磨性，常用耐磨鑄鐵、鋼和鋁合金制造。連接活塞和工作部件的傳力零件，它必須有足夠的剛度和強度；往復運動，表面應有良好的耐磨和防銹性能。活塞和缸筒內(nèi)壁間需要密封。3.活塞與活塞桿連接方式常用于高壓大負載或振動比較大的場合，強度高，結構復雜，裝拆方便。整體式：焊接式：螺紋式：半環(huán)式：結構簡單，軸向尺寸緊湊，但損壞后需整體更換，常用小直徑液壓缸。同上。常用于單桿缸，結構簡單，裝拆方便，但需防止螺母松動。三、密封裝置

液壓缸的密封主要是指活塞、活塞桿處的動密封和缸蓋等處的靜密封。

用來防止油液的泄漏，以及外界灰塵和異物的侵入，保證系統(tǒng)建立必要壓力。常采用O形密封圈和Y形密封圈、V形密封圈和防塵圈等。對密封裝置的要求在一定的工作壓力和溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能；與運動件之間摩擦系數(shù)要?。粔勖L，不易老化，抗腐蝕能力強；制造容易，維護使用方便，價格低廉。1間隙密封2密封圈密封3應用四、緩沖裝置∵在液壓缸所驅(qū)動的工作部件質(zhì)量較大、移動速度較高(v>12m/min），由于慣性力較大，活塞運動到終端時會撞擊缸蓋，產(chǎn)生液壓沖擊和噪聲，影響工作精度，甚至使液壓缸損壞。∴常在大型、高速或高精度液壓缸前后端蓋上設置緩沖裝置或在系統(tǒng)中設置緩沖回路。使活塞移到快接近行程終點時速度減慢下來終至停止。緩沖原理逐漸減小回油通道面積，增加回流阻力。常見緩沖裝置的結構：

環(huán)狀間隙式

節(jié)流口面積可變式

節(jié)流口面積可調(diào)式1）環(huán)狀間隙式2）節(jié)流口面積可變式（可變節(jié)流槽式）3）節(jié)流口面積可調(diào)式（可調(diào)節(jié)流孔式）五、液壓缸的排氣裝置（或放氣裝置）排氣的必要性:∵在安裝過程中或停止工作一段時間后，空氣將滲入液壓系統(tǒng)內(nèi)，缸筒內(nèi)如存留空氣，使液壓